高中物理中的模型應用

實際問題的研究往往很復雜，由眾多的因素所決定的，為了便于分析和研究問題，物理學常采用一種“簡化”的方法，即對實際問題進行科學的抽象化處理，抓住其主要因素，忽略其次要因素，經過此思維過程所形成的抽象概念或實物體系即物理模型，它是抽象性與形象性、科學性與假設性的辯證統一。

中學物理教材中經常碰到的幾種物理模型有：

（1）理想對象模型，即把物理問題中的研究對象模型化。例如在研究物體的機械運動時，當物體的形狀、大小對研究的問題的影響忽略不計時，可將物體抽象為物理模型，即質點，從而使所研究的問題大為簡化，便于得出結論。高中物理中的點電荷、理想氣體、理想電流表、理想電壓表等都屬于這一類物理模型。

（2）物理過程模型，即把具體物理過程理想化后所抽象出來的一種物理過程。自然界中各種事物的運動變化過程是極其復雜的，在物理學研究中，不可能面面俱到。要首先分清主次，然后忽略次要因素，只保留運動過程中的主要因素，這樣就得到了過程理想模型，如勻速直線運動，勻變速直線運動、勻速圓周運動、自由落體運動、自由落體運動、斜拋運動、彈性碰撞、完全非彈性碰撞、等溫過程、等壓過程、絕熱過程、恒定電流等，都是以突出某一方面的主要特征，忽略一些次要過程后抽象出來的理想過程，都是一種過程模型。

（3）實驗模型，在實驗的基礎上，抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，根據邏輯推理法則，對過程進一步分析、推理，找出其規律。例如，伽利略的理想實驗為牛頓第一定律的產生奠定了基礎。

（4）數學模型。客觀世界的一切規律原則上都可以在數學中找到它們的表現形式。在建造物理模型的同時，也在不斷地建造表現物理狀態和物理過程規律的數學模型。當然，由于理想化物理模型是客觀實體的一種近似，以理想化物理模型為描述對象的數學模型，也只能是客觀實體的近似的定量描述。例如，在研究外力一定時加速度和質量的關系實驗中，認為小車受到的拉力等于鉤碼的重力。其實，小車受到的拉力不完全等于鉤碼的總重力。只有當鉤碼的總質量遠小于小車和砝碼的總質量時，才可近似地認為鉤碼的總重力為小車所受的拉力，這是我們采取簡化計算的一種數學模型。

縱觀歷年的高考試題，不難看出，試題都是經命題專家精心編制和篩選的，有很多典型試題都滲透著物理學研究問題的基本方法。然而，中學物理教學中的模型應用存在一些問題。學生學習物理尤其是在建模和利用模型進行理想實驗時，缺乏必要的想象力。例如在進行力的作用效果講解的時候，可能會有一部分學生想象不到什么叫做力的相互作用；洛倫茲力和安培力的學習中，想象不出它們的空間關系。此外，部分學生抽象思維能力難以提高的一個重要原因是，對于物理模型的概念、應用條件模糊不清，不能根據縝密的思維循序漸進的進行合理化想象。物理模型學習中除了建立物理模型過程學習外，還應涵蓋應用物理模型解決問題的過程，而這兩者對于學生來說都是難點。

在實際教學中只有強化學生的模型意識，才能幫助學生領會物理問題的研究方法，為熟 練的建立和運用模型解決實際物理問題打下基礎。教師在教學中可以對物理模型建立的常用方法對學生進行講解，幫助學生合理選擇模型，并加強學生模型思維的訓練。指導和啟發學生進行變通、歸類，找出所給問題在不同情景下所遵循的規律、本質與已知的典型題目的物理模型的相同，就能達到化繁為簡，化難為易，化虛為實。